第2章 实验3 探究两个互成角度的力的合成规律（课件PPT）-【优化指导】2025年高考物理一轮复习高中总复习·第1轮（人教多选版）

第二章　相互作用——力 实验3　探究两个互成角度的力的合成规律 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 返回导航 高考总复习 第1轮 物理 第二章　相互作用——力 谢谢观看！ 一、实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉、铅笔。 二、实验操作 等效： F1和F2的共同作用效果与F的作用效果相同 1．仪器安装 在方木板上用图钉固定一张白纸，如图甲所示。把橡皮条的一端固定在G点，另一端拴上两个细绳套。 2．测量与记录 (1)两力拉：如图乙所示，描下O点位置、两个细绳套的方向，并记录两个弹簧测力计的读数。 (2)一力拉：如图丙所示，仍使小圆环处于O点，记下细绳套的方向和弹簧测力计的读数。 3．重复实验：改变两弹簧测力计拉力的大小和方向，重复做几次实验。 三、数据处理 1．画平行四边形 (1)画分力F1、F2的图示：用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳套方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1、F2的图示。 (2)画平行四边形：以F1、F2为邻边作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线代表的力为F。 标度要相同，严格按力的图示要求作平行四边形求合力F′ 2．画合力的图示：用刻度尺从O点按同样的标度沿记录的方向作出只用一只弹簧测力计拉细绳套的读数F′的图示。 3．实验结论：比较F与F′在误差允许的范围内是否完全重合，从而总结出两个互成角度的力的合成规律：平行四边形定则。 命题点一　教材原型实验 角度1　实验操作与注意事项 (1)等效：同一次实验中两次把橡皮条拉长后的结点O位置必须保持不变 (2)合适：两分力F1、F2的夹角不要太大或太小，以60°～100°为宜。在合力不超出弹簧测力计的量程及橡皮条不超出弹性限度的前提下形变应尽量大一些。 (3)平行：沿弹簧测力计轴线方向(与板面平行)拉细绳套，橡皮条、弹簧测力计和细绳套与纸面平行。 [典例1] 某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)。 (1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有________。 A．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B．重复实验再次进行验证时，结点O的位置可以与前一次不同 C．使用测力计时，施力方向应沿测力计轴线，读数时视线应正对测力计刻度 D．用两个测力计互成角度拉橡皮条时的拉力必须都小于只用一个测力计时的拉力 (2)该小组的同学用同一套器材做了四次实验，白纸上留下的标注信息有结点位置O、力的标度、分力和合力的大小及表示力的作用线的点，如图所示。其中对于提高实验精度最有利的是________。 解析：(1)由力的平行四边形定则知，橡皮条和两绳套夹角的角平分线不一定在一条直线上，两分力的大小也不一定小于合力，A、D错误；验证力的平行四边形定则时，每次实验需保证合力与分力作用效果相同，结点O必须在同一位置，但重复实验时，可以改变合力的大小，故结点O的位置可以与前一次不同，B正确；使用测力计测力时，施力方向应沿测力计轴线方向，读数时视线应正对测力计刻度，C正确。 (2)为了减小画图时表示力的方向的误差，记录各个力的方向时，需要确定相对较远的两个点，然后连线确定力的方向，A错误；根据纸张大小，选择合适的标度，使图尽量充满纸面，两力的夹角不宜过大或过小，B正确，C、D错误。 答案：(1)BC　(2)B 角度2　数据处理及误差分析 1．系统误差：弹簧测力计、刻度尺本身的误差。 2．偶然误差 原因 减小方法 读数 误差 数据在条件允许的情况下，尽量大一些；弹簧测力计读数时眼睛一定要正对刻度线 作图 误差 确定力的大小及方向时，弹簧测力计应与木板平行，不要把F1、F2间的夹角取得太大 [典例2] (2024·黑龙江哈尔滨模拟)某同学用图甲所示装置做“探究求合力的方法”实验。其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。 (1)要减小实验误差，下列措施可行的是________。 A．两个分力F1、F2的大小要适当大些 B．两个分力F1、F2间的夹角要尽量大些 C．拉橡皮筋的细绳要细些且要稍短一些 D．标记细绳方向的点要尽量离结点近些 (2)若实验中弹簧测力计的量程均为5 N，某次实验用两个弹簧测力计拉橡皮筋时，两个绳套间的夹角为60°，两弹簧测力计的示数恰好均如图乙所示，弹簧测力计的示数为________N，你认为这次操作________(填“合适”或“不合适”)，原因是 __________________________________________________________________ ________________________________________________________________。 (3)某次实验的结果如图丙所示，这次实验F1、F2刚好垂直，若在图丙所示的实验结果中，保持结点的位置及F2的方向不变，将两个分力的夹角增大，则F1________，F′________(均填“变大”“变小”或“不变”)。 解析：(1)为了减小读数误差，应让两个分力适当大些，A正确；两个分力F1、F2间的夹角不宜过大或过小，B错误；为了准确记下拉力的方向，故采用两点描线时两点应尽量距离大一些，细绳应长些，C、D错误。 (2)弹簧测力计的示数为3.6 N。这次操作不合适。因为当F1与F2大小都为3.6 N，且夹角为60°时，两个力的合力大小为F＝2F1cos 30°＝3.6 eq \r(3) N>5 N，即F超过了弹簧测力计的量程，当用一个弹簧测力计拉橡皮筋时将无法操作。 (3)结点的位置不变，合力不变，即F′不变，F2方向不变，增大两个分力的夹角，由图示可知，F1、F2均变大。 答案：(1)A　(2)3.6　不合适　两个分力的合力大于弹簧测力计的量程，当用一个弹簧测力计拉橡皮筋时将无法操作　(3)变大　不变 命题点二　实验的拓展与创新 角度1　实验器材、数据获取上的创新 [典例3] (2024·江苏扬州模拟)某实验小组欲验证力的平行四边形定则。实验步骤如下： ①将弹簧测力计固定在贴有白纸的竖直木板上，使其轴线沿竖直方向； ②如图甲所示，将环形橡皮筋一端挂在弹簧测力计的挂钩上，另一端用圆珠笔尖竖直向下拉，直到弹簧测力计的示数为某一设定值，将橡皮筋两端的位置标记为O1、O2，记录弹簧测力计的示数F，测量并记录O1、O2间的距离(即橡皮筋的长度l)。每次将弹簧测力计的示数改变1.00 N，测出对应的l，部分数据如下表所示； F/N 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 l/cm l0 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 ③找出步骤②中F＝7.00 N时橡皮筋两端的位置，重新标记为O、O′(橡皮筋上端为O，下端为O′)，此时橡皮筋的拉力记为FOO′； ④在挂钩上涂抹少许润滑油，将橡皮筋搭在挂钩上，如图乙所示，用两圆珠笔尖成适当角度地同时拉橡皮筋的两端，使挂钩的下端到达O点，将两笔尖的位置标记为A、B，橡皮筋OA段的拉力记为FOA，OB段的拉力记为FOB； ⑤根据给出的标度，作出FOA和FOB的合力F′，如图丙所示。 (1)利用表中数据可得l0＝________cm； (2)若测得OA＝7.50 cm，OB＝7.50 cm，则FOA的大小为________N； (3)通过比较F′与________的大小和方向，即可得出实验结论。 解析：(1)根据胡克定律，有ΔF＝kΔx，代入表格中第二组和第三组数据，有(2.00－1.00)N＝k(12.00－11.00)×10－2m，解得k＝100 N/m同理，再代入第一组和第二组数据，有(1.00－0)N＝100 N/m×(11.00－l0)×10－2m，解得l0＝10.00 cm。 (2)根据OA、OB的长度可求橡皮筋的弹力大小为FOA＝kΔl＝100×(7.50＋7.50－10.00)×10－2N＝5.00 N。 (3)在两个力的作用效果和一个力的作用效果相同的情况下，通过比较F′和FOO′的大小和方向，即可验证力的平行四边形定则。 答案：(1)10.00　(2)5.00　(3)FOO′ 角度2　等效情境、原理思路上的创新 [典例4] (2024·重庆万州模拟)有同学利用如图1所示装置来验证力的平行四边形定则：在竖直木板上铺有白纸，并固定两个光滑的滑轮A和B，三根绳子打一个结点O，各绳另一端均连接钩码，各钩码质量均相等，当系统如图达到平衡时，根据钩码个数可读出三根绳子的拉力F1、F2和F3，回答下列问题： 图1 (1)若某次实验中钩码个数N1＝2，N2＝5，则N3可能等于________(填正确答案标号)。 A．2 B．4 C．8 D．9 (2)在实验过程中，关于实验操作和相关要求，下列说法正确的是________(填正确答案标号)。 A．实验中三段绳子应与竖直木板平行 B．实验中需要用天平测出一个钩码的质量 C．在某两次实验中，O点位置可以不同 D．实验中需要用量角器量出三段绳子之间的夹角 (3)通过实验，该同学用作图法作出了两个图，如图2甲、乙所示，你认为图示中________(填“甲”或“乙”)是正确的。 图2 解析：(1)N1、N2钩码的重力的合力大小应该等于N3钩码的重力，由三角形知识有N2－N1<N3<N2＋N1，即3<N3<7，B正确。 (2)实验中绳子与木板平行才能在木板平面完成好实验，A正确；实验中只要知道三根绳子的拉力关系就能作图验证力的平行四边形定则，因此不需要测出钩码的质量，B错误；由于每次实验都能进行一次验证，故两次实验中O点的位置可以不同，C正确；实验中以F1、F2为邻边作平行四边形验证，无需测夹角，D错误。 (3)实验中F3方向应沿竖直方向，所以甲正确。 答案：(1)B　(2)AC　(3)甲 1．(2023·全国乙卷)在“验证力的平行四边形定则”的实验中使用的器材有：木板、白纸、两个标准弹簧测力计、橡皮条、轻质小圆环、刻度尺、铅笔、细线和图钉若干。完成下列实验步骤： (1)用图钉将白纸固定在水平木板上。 (2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线也系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，并________(多选，填正确答案标号)。 A．用刻度尺量出橡皮条的长度 B．用刻度尺量出两细线的长度 C．用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置 D．用铅笔在白纸上标记出两细线的方向 (3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到________________，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。 (4)选择合适标度，由步骤(2)的结果在白纸上根据力的平行四边形定则作F1和F2的合成图，得出合力F′的大小和方向；按同一标度在白纸上画出力F的图示。 (5)比较F′和F的____________，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 解析：(2)将橡皮条的一端固定在木板上，另一端系在轻质小圆环上。将两细线系在小圆环上，它们的另一端均挂上测力计。用互成一定角度、方向平行于木板、大小适当的力拉动两个测力计，小圆环停止时由两个测力计的示数得到两拉力F1和F2的大小，还需要用铅笔在白纸上标记出小圆环的位置以及用铅笔在白纸上标记出两细线的方向，C、D正确。 (3)撤掉一个测力计，用另一个测力计把小圆环拉到相同位置，由测力计的示数得到拉力F的大小，沿细线标记此时F的方向。 (5)比较F′和F的大小和方向，从而判断本次实验是否验证了力的平行四边形定则。 答案：(2)CD　(3)相同位置　(5)大小和方向 2．(2022·浙江6月选考)“探究求合力的方法”的实验装置如图所示，在该实验中： (1)下列说法正确的是________。 A．拉着细绳套的两只弹簧测力计，稳定后读数应相同 B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点 C．测量时弹簧测力计外壳与木板之间不能存在摩擦 D．测量时，橡皮筋、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板 (2)若只有一只弹簧测力计，为了完成该实验至少需要________(填“2”“3”或“4”)次把橡皮筋结点拉到O。 解析：(1)在不超出弹簧测力计的量程和橡皮筋形变限度的条件下，使拉力适当大些，不必使两只弹簧测力计的示数相同，A错误；在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向只需要再选择相距较远的一个点，B错误；实验中弹簧测力计外壳与木板之间是否存在摩擦不影响实验结果，C错误；为了减小实验误差，拉橡皮筋时，橡皮筋、细绳和弹簧测力计应贴近并平行于木板，D正确。 (2)若只有一只弹簧测力计，为了完成该实验，用手拉住一条细绳，用弹簧测力计拉住另一条细绳，互成角度的拉橡皮筋，使其结点达到某一点O，记下位置O和弹簧测力计示数F1和两个拉力的方向；交换弹簧测力计和手所拉细绳的位置，再次将结点拉至O点，使两力的方向与原来两力方向相同，并记下此时弹簧测力计的示数F2；再仅用一个弹簧测力计将结点拉至O点，并记下此时弹簧测力计的示数F的大小及方向；所以若只有一只弹簧测力计，为了完成该实验至少需要3次把橡皮筋结点拉到O。 答案：(1)D　(2)3 $$